Werkstoffentwicklung und Werkstoffverarbeitung als Motor für Innovationen

Bericht über das 21. Werkstofftechnische Kolloquium in Chemnitz – Teil 1

Das Werkstofftechnische Kolloquium (WTK) in Chemnitz hat sich als eine der wichtigen Plattformen zur Darstellung der Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung auf den Gebieten der Werkstoff-, Fertigungs- und Oberflächentechnik etabliert. Geboten wurden auch in diesem Jahr Arbeiten der Bereiche Additive Fertigung und Wärmebehandlung, Fügen durch Löten, Galvanotechnik und thermisches Spritzen, Stähle und Leichtmetalle, Werkstoffverbunde und Verbundwerkstoffe sowie Werkstoffprüfung. Im ersten Teil des Berichts zur Tagung werden Inhalte zu Entwicklungen für das Härten von Stählen und der Herstellung von Leichtbauwerkstoffen wiedergegeben.

Das vom Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik (IWW), vertreten durch die Professoren Thomas Lampke, Guntram Wagner und Martin F.-X. Wagner, veranstaltete Kolloquium bot für die etwa 180 Teilnehmer aus Wissenschaft und Industrie eine ideale Plattform, um sich über aktuelle Forschungsergebnisse der Werkstoff-, Oberflächen- und Fügetechnik zu informieren und auszutauschen.

Im Rahmen der Abendveranstaltung wurden die dotierten Awards für das Best Paper und das Best Poster verliehen. Die ersten Plätze belegten dabei Dr.-Ing. Marcel Graf von der TU Chemnitz (Best Paper) sowie Prof. Jolanta Janczak-Rusch von der EMPA aus der Schweiz (Best Poster). Eine besondere Bereicherung war erneut die traditionell zum WTK gehörende Industrieausstellung, bei der sich in diesem Jahr die namhaften Unternehmen Anton Paar, ATM, Cloeren, DataPhysics Instruments, InfraTec, Kulzer, Lunovu, Olympus und Polytec den interessierten Tagungsteilnehmern präsentierten und ihre ­Produkte vorstellten. Ebenfalls vertreten waren Studierende des T.U.C. Racing-Teams mit ihrem erfolgreichen Rennboliden, einem echten Hingucker.

Mit Blick auf die Schonung der Umwelt und der Ressourcen wurde der WTK-Tagungsband erstmalig in digitaler Form an die Teilnehmer übergeben. Für alle Interessierten sind die englischsprachigen Beiträge der auf den vielfältigen Themengebieten Forschenden bei IOP Conference Series: Materials Science and Engineering unter

https://iopscience.iop.org/issue/1757-899X/480/1

zugänglich.

Ausblicke von Fraunhofer-­Präsident Prof. Reimund Neugebauer

Im Rahmen des 21. Werkstofftechnischen Kolloquiums an der Technischen Universität Chemnitz sprach Prof. Dr.-Ing. Reimund Neugebauer, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft, über Forschungs- und Innovationspolitik, die deutsche Wettbewerbsfähigkeit im internationalen Umfeld und notwendige Hightech-Strategien. Zum Teilnehmerkreis der renommierten Konferenz zählten Vertreterinnen und Vertreter der Universitätsleitung, der Fakultäten und der interessierten Hochschulöffentlichkeit der verschiedenen TU-Chemnitz-Forschungs- und –Entwicklungsfelder.

In seinem Vortrag skizzierte Prof. Neugebauer, der zugleich Mitglied im Steuerkreis des Innovationsdialogs zwischen Bundesregierung, Wirtschaft und Wissenschaft sowie Co-Vorsitzender des Hightech-Forums der Bundesregierung ist, drängende gesellschaftliche und technische Herausforderungen in einer globalisierten Welt, sowie mögliche Lösungsszenarien. Ihm zufolge steigt die Konkurrenz der Akteure in den Bereichen Forschung und Entwicklung, Innovation und neue Technologien. Neben den USA habe insbesondere China sich zu einem ernstzunehmenden Mitspieler bei Forschungsvorhaben und Zukunftstechnologien entwickelt und mit seinen administrativen Befehlsstrukturen viel aufgeholt. Doch in Deutschland und Europa seien die freie Entfaltung der Mitarbeiter, die Möglichkeit sich offen und kreativ zu entwickeln, ein entscheidender Wettbewerbsvorteil. Obwohl sich der Standort Deutschland im internationalen Vergleich hinsichtlich der Wirtschafts- und Innovationskraft seinen Ausführungen zufolge sehr gut behauptet und insgesamt gut aufgestellt ist, fehlt es speziell in ­Mitteldeutschland ­aktuell mancherorts an Großforschungsvorhaben. Die Forschung in der Region stützt sich nach Aussage von Prof. Neugebauer überwiegend auf zahlreiche kleinere Einzelprojekte, die zwar bereits wertvolle Ergebnisse und Erkenntnisse ermöglichen, aber noch deut­liche Ausbaufähigkeiten und Synergiepotenziale für bundesweite oder gar internationale Bedeutung beherbergen.

Maßnahmen wie die Exzellenzstrategie des Bundes oder die rasche Umsetzung der im vergangenen Jahr beschlossenen KI-Strategie der Bundesregierung sind sehr begrüßenswert, so Prof. Neugebauer. Initiativen in weiteren aktuellen Forschungs- und Innovationsfeldern, wie beispielsweise E-Mobilität, effiziente Produktion und Biologische Transformation sollten nach seiner Auffassung vorangetrieben werden. Investitionen in Bildung und Forschung sowie geeignete finanzielle Anreize von Bund und Ländern auch für Großforschungsvorhaben seien dabei ebenso gefragt. Dass Chemnitz ein Ausgangspunkt derartiger Vorhaben sein kann, hat sich in der Bewilligung diverser Sonderforschungsbereiche sowie eines Bundesexzellenzclusters (MERGE) in der Vergangenheit bereits mehrfach bestätigt. Als Innovationsstandort bietet Chemnitz ideale Voraus­setzungen für zukunftsorientierte Großprojekte, von denen die ganze Region profitieren kann.

Nach den Worten von Prof. ­Neugebauer ist es essentiell, Forschung nicht nur exzellent zu betreiben, sondern neue Themen frühzeitig zu identifizieren und Zukunftsimpulse zu setzen. Um nachhaltige Erfolge zu verbuchen, müssten neue Forschungs- und Entwicklungsthemen zudem interdisziplinär aufgegriffen werden. Bei Fraunhofer bündeln wir die Kompetenzen unserer Institute in Prioritären Strategischen Initiativen, um umfassende Systemlösungen für strategisch wichtige Fragestellungen zu erarbeiten. Kognitive Systeme, Künstliche Intelligenz und Datensouveränität, Batteriezellfertigung, Programmierbare Materialien, Quantentechnologie, Translationale Medizin, Öffentliche Sicherheit und die Biologische Transformation bilden den aktuellen Themenkanon.

(Pressetext der TU Chemnitz)

Fachvorträge

Nachfolgend sowie in den nächsten Ausgaben der WOMag wird ein Überblick über die Inhalte der zahlreichen Vorträge der Tagung gegeben.

Wärmebehandlung und Korrosionsbeständigkeit von Schneidwaren

Härte, Schneidleistung und Korrosionsbeständigkeit sind die wichtigsten Qualitäts­merkmale von Schneidwaren aus marten­sitischen nichtrostenden Stählen. Die besten Eigenschaften werden nur erreicht durch eine optimal durchgeführte Wärmebehandlung der typischerweise verwendeten Werkstoffe (X50CrMoV15, X46Cr13 und X20Cr13). Die industriell etablierte Qualitätskontrolle von Schneidwaren zeigt herstellerübergreifend große Schwankungen hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit, die in der industriellen Fertigung durch standardisierte Wechseltauchversuche überprüft wird.

In den letzten Jahren wurden neue elektro­chemische Untersuchungsmethoden für die Werkstoffgruppe der martensitischen nicht­rostenden Stähle entwickelt, welche die geringe Beständigkeit gegen Lochkorrosion von Schneidwaren auf das Phänomen der Chromverarmung im Gefüge zurückführen. Derzeit wird in der wissenschaftlichen und in der industriellen Gemeinschaft noch der Schritt des Anlassens als Ursache der Chromverarmung dieser Werkstoffgruppe angesehen. Bei Schneidwaren sind die Anlasstemperaturen mit ≤ 200 °C allerdings zu gering, um die auftretende Chromverarmung zu erklären. Aus diesem Grund ist davon auszugehen, dass schon beim Härtevorgang Chromverarmung entsteht. Diese Annahme wurde durch die systematische Untersuchung der wichtigsten ­Wärmebehandlungsparameter (Härtetemperatur, Haltedauer, ­Abkühlrate) wissenschaftlich untersucht, um den Zusammenhang zwischen Werkstoff, Wärmebehandlung und dem Auftreten von Chromverarmung aufzuklären. Durch thermodynamische und kinetische Berechnungen wurden zunächst wichtige Informationen über die zugrundeliegenden Mechanismen gewonnen, die nachvollziehbare Erklärungsansätze für das Auftreten von Chromverarmung liefern.

Eine experimentelle Überprüfung der Hypothesen erfolgte durch die Herstellung und Charakterisierung einer Vielzahl von Wärmebehandlungszuständen. Mittels innovativer Methoden der Korrosionsforschung (EPR-Verfahren, KorroPad-Prüfung) konnte der Nachweis von Chromverarmung durchgeführt werden. Alle Forschungs­ergebnisse zeigen die Bedeutung einer umfassenden theoretischen und praktischen Herangehensweise bei der Bewertung der Wärmebehandlungsprozesse. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind neue werkstoffbezogene Prozessfenster der Wärmebehandlung, welches gleichzeitig Härte und Korrosionsbeständigkeit sicherstellt. Die neuen Methoden zur Bewertung der Korrosionsbeständigkeit werden in aktuellen Forschungsprojekten in die industrielle Praxis überführt.

(T. Halle, P. Rosemann und N. Kauss; Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg)

Lochkorrosion bei ­lasergehärtetem, hochlegiertem Stahl

Das Laserhärten bietet gegenüber herkömmlichen Härteverfahren deutliche Vorteile in Bezug auf die Verarbeitungszeit und den Energieverbrauch, insbesondere bei ­kleine Losgrößen an zu bearbeitenden Teilen. Darüber hinaus können die funktionalen Eigenschaften lokal für verschiedene Anwendungen eingestellt werden. Unterschiede in der Mikrostruktur zwischen den laserbehandelten Bereichen und dem umgebenden unbehandelten Grundmaterial können jedoch zu Korrosionsproblemen führen. Zu diesem Zweck wurde das Korrosionsverhalten des hochlegierten, laserbehandelten Stahls X153CrMoV12 (1.2379), der in der fleisch­verarbeitenden Industrie verwendet wird, in einer simulierten Körperflüssigkeit (Hanks-Medium) in Form eines Tauchtests und lokal begrenzt durch Mikroelektrochemie untersucht. Zudem wurde ein computerbasiertes Verfahren (CALPHEAD) zur Berechnung von Kennwerten (PREN - pitting-resistance equivalent number) für die Neigung zu Lochkorrosion herangezogen.

Das herkömmliche Härten dieses hochlegierten Stahls wird üblicherweise bei 1050 °C durchgeführt. Thermodynamische Berechnungen zeigen, dass die Beständigkeit gegen Lochfraß durch Erhöhen der Härtungstemperatur auf etwa 1250 °C verbessert werden sollte. Dies beruht auf einer deutlichen Änderung des Verhaltens der Legierungselemente hinsichtlich ihrer Löslichkeit in der austenitischen Matrix im Temperaturbereich zwischen 800 °C und 1400 °C, was bei vielen anderen Materialien wesentlich geringer ausgeprägt ist. Bei der Laserhärtung mit den bestehenden Temperaturgradienten hängt die Lasertemperatur zum Erreichen des besten Lochfraßwiderstandes stark von der Vorschubgeschwindigkeit des Lasers ab. Eine hohe Vorschubgeschwindigkeit führt zu hohen Erwärmungsraten (Nichtgleichgewichtsbedingungen) und zu einer Veränderung der optimalen Beständigkeit gegen Lochfraß. Bei einem niedrigen Laservorschub (1 mm/s) ist die Beständigkeit gegen Lochkorrosion in der Mitte der Laserspur im Temperaturbereich von 1250 °C bis 1300 °C am höchsten. Allerdings entstehen ab einer Temperatur von etwa 1200 °C gut sichtbare Oxidationsbereiche, so dass eine Überschreitung dieser Temperatur vermieden werden sollte.

Lochfraßpotential für verschiedene Lasertemperaturen und Laservorschubraten sowie PREN-Werte aus der Simulation (Bild: T. Mehner et.al.)

 

Der für Lochfraß anfälligste Bereich befindet sich im Übergangsbereich neben der Laserspur, da die Temperatur nicht hoch genug ist, um die anfänglich vorhandenen Karbide aufzulösen. Die damit verbundenen Unvollkommenheiten der Passivschicht und Unterschiede im elektrochemischen Potential führen zu der beobachteten starken Korrosions­erscheinung. Da der Temperaturgradient für die Laserbehandlung charakteristisch ist, würde eine geeignete Wärmebehandlung (Auflösung von Karbiden) des Basismaterials vor dem Laserhärten zu einer Erhöhung des Lochfraßwiderstandes entlang der Laserspur führen.

Zur Minimierung der Neigung zu Lochkorrosion eignet sich die Bestimmung des PREN auf der Grundlage der thermodynamischen Berechnung zur Abschätzung der erforderlichen Temperaturen während der Laserbehandlung, soweit gewisse Randbedingungen beispielsweise im Hinblick auf die Lasertemperatur und -vorschubgeschwindigkeit berücksichtigt werden.

(T. Mehner, P. Landgraf, E. Haack, I. Scharf, T. Grund, T. Lampke; TU Chemnitz bzw. Inofex GmbH)

Simulation des Laserstrahlhärtens von hochlegierten Werkzeugstählen

Beim Laserstrahlhärten als etabliertes Verfahren zur Härtung der Randschichten von Bauteilen erfolgt der Wärmeeintrag über die Oberfläche und ist kurzzeitig und lokal begrenzt. Der Wärmeeintrag kann dabei über die Laserleistung und den Vorschub des Lasers gesteuert werden. Zielgrößen des Laser­strahlhärtens sind eine maximale Härte und Eindringtiefe, die über ­Härtetiefenprofile abgebildet werden. Bei Stählen mit hohem Kohlenstoffgehalt und hohem Chromgehalt, wie zum Beispiel dem Werkzeugstahl X153CrMoV12, werden abhängig von der Austenitisierungstemperatur (Lasertemperatur) und der Austenitisierungszeit (Vorschub) unterschiedliche Gehalte an Legierungselementen im Austenit gelöst. Dies beeinflusst die Mikrostruktur sowie die mechanischen Eigenschaften, wobei insbesondere der Kohlenstoffgehalt zu beachten ist.

Aus Forschungsergebnissen wurde eine neue Methode zur Berechnung der Härtetiefenprofile nach dem Laserstrahlhärten am Beispiel des Werkzeugstahls X153CrMoV12 entwickelt. Diese ermöglicht es, eine Änderung der chemischen Zusammensetzung des Austenits in Abhängigkeit von auftretenden Maximaltemperaturen auf die resultierende Härte abzubilden. Dabei werden die Lasertemperatur und der -vorschub variiert. Die Berechnungen in Matlab basieren auf thermodynamischen Kalkulationen (JMatPro), verschiedener Materialmodelle und der Finite-Elemente-Methode. Die Ergebnisse und deren Abgleich mit Härtetiefenprofilen und Mikrostrukturen ermöglichen es, die temperaturabhängigen Gehalte der Legierungselemente im Austenit und die Härte infolge der Laserstrahlbehandlung zu berechnen. Die Methode ist prinzipiell auf andere Stähle und Wärmebehandlungen übertragbar.

(P. Landgraf, T. Grund, T. Lampke; TU Chemnitz)

Einfluss von Stickstoff in Löt­atmosphären auf die Härte­ ­mikrostruktureller Bestandteile ­gelöteter Edelstahlverbindungen

Edelstahlkomponenten wie Wärmetauscher für Energie- und Klimatechnik werden in der Regel unter Verwendung von Lötfüllstoffen auf Nickelbasis in Durchlauföfen oder Vakuumöfen gefertigt. Im Durchlaufofen wird der Lötprozess häufig durch ein Schutzgas unterstützt, wobei Stickstoff oder Gemische aus Stickstoff und Wasserstoff als Schutzgas zum Einsatz kommen. Im Vakuumofen wird häufig Stickstoff als Kühlgas verwendet. Die dabei entstehende Stickstoffanreicherung des Hartmetalls und des Basismaterials beeinflusst die mechanischen Eigenschaften der mikrostrukturellen Bestandteile der Lötverbindungen, insbesondere die Härte.

Um den Einfluss der Stickstoffanreicherung auf die Härte der mikrostrukturellen Bestandteile der Verbindungen detailliert zu untersuchen, wurden Verbindungen mit dem Lötfüller Ni60CrPSi bei einer Temperatur von 1125 °C in einem Vakuumofen und in einem Förderbandofen unter Verwendung von Stickstoff als Prozessgas hergestellt. Es zeigte sich, dass das Hartlot im Vergleich zum Basismaterial intensiver mit Stickstoff angereichert ist.

Härte von Mikrostrukturbestandteilen in Lötverbindungen (Bild: V. Federov et.al.)

 

Der Einfluss der Stickstoffanreicherung auf die Härte der mikrostrukturellen Bestandteile der Lötstellen wurde mit untersucht. Es hat sich herausgestellt, dass die ­Härte der durch Chrom angereicherten intermetalli­schen ­Nickel-Phosphor-Phasen (bestimmt ­mittels Nanoindentation) sowohl im Lötabstand als auch im Lötfilet deutlich höher ist, als die der anderen mikrostrukturellen Bestand­teile in den Lötverbindungen. In der Lötfuge beträgt die Härte der intermetallischen Verbindungen 14 000 MPa, während das Basismaterial und die mit Eisen angereicherten festen Nickel-Chrom-Silizium-Phasen Härtewerte von 3000 und 4000 MPa aufweisen. Im Hartlöt steigt die Härte der mit Chrom angereicherten Nickel-Phosphor-Phase auf 18 000 MPa an, während sich die Härtewerte des Basismaterials und der eisenreichen Nickel-Chrom-Silizium-Phase nicht ändern. Die Ursache der Härtesteigerung der chromangereicherten intermetallischen Nickel-Phosphor-Phase kann auf die Stickstoffanreicherung zurückgeführt werden. In weiteren Untersuchungen werden diese Ergebnisse mit den Ergebnissen von Untersuchungen zum Ermüdungsverhalten der Lötverbindungen korreliert, um ­bevorzugte Rissinitiierungsbereiche in den Lötverbindungen zu identifizieren.

(V. Fedorov, T. Uhlig, G. Wagner, A. Langohr, U. Holländer; TU Chemnitz bzw. Leibnitz Universität Hannover)

Legierungs- und Prozessentwicklung von magnesiumbasierten Werkstoffen

Magnesiumlegierungen werden zunehmend in der Automobilindustrie sowie in Bereichen der Konsumgüter-, Computer- und Kommunikationsindustrie verwendet. Ihr günstiges Eigenschaftsprofil - hohe spezifische Festigkeit, gute Bearbeitbarkeit, Wiederverwertbarkeit - unterstützt die Anwendungsvielfalt. Das volle Potenzial von Magnesium als Strukturmaterial wurde jedoch noch nicht ­erreicht.

Obwohl Magnesiumlegierungen seit fast einhundert Jahren im Einsatz sind, ist das Wissen über die Legierungen im Vergleich zu anderen metallischen Werkstoffen wie Stahl oder Aluminium noch unzureichend. Neue Legierungen, Technologien und fortschrittliche Entwicklungen regen den Wettbewerb an, mit dem Ziel traditionelle Werkstoffe zu ersetzen. Die Einführung neuer Legierungen und fortschrittlicher Verfahren hat jedoch immer mit Hürden und Hindernissen zu kämpfen. Neue Anwendungsbereiche wie abbaubare Implantate oder Anoden für Batterien erfordern ein maßgeschneidertes Design der Mikrostruktur und eine Funktionalisierung der Oberfläche für komplexe Umgebungen und Funktionalitäten.

(K. U. Kainer; Helmholtz-Zentrum Geesthacht)

Langzeitversuche an stromführenden ­Verbindungen mit Leitern aus Aluminium

In der Elektroenergietechnik werden Aluminium und Kupfer als Leiterwerkstoffe eingesetzt. Legiertes Aluminium hat dabei ähnliche mechanische Eigenschaften im Ausgangszustand wie technisch reines, wenig kaltverfestigtes Kupfer. Für die Anwendung in der Elektrotechnik sind derzeit nur wenige Aluminiumwerkstoffe genormt, die eine Anforderung an die elektrische Leitfähigkeit haben. Zudem ist die Zeitstandfestigkeit dieser Werkstoffe, insbesondere bei der geforderten hohen thermisch-mechanischen Belastung über lange Betriebszeiten von mehreren Jahrzehnten, eine Herausforderung.

Die Grenztemperatur von Kupfer- und Kupfer­legierungen für Sammelschienen und Leiter in Niederspannungsschaltgerätekombinationen liegt für die derzeit eingesetzten Werkstofftypen bei 140 °C. Zukünftig soll bei gleicher Temperatur auch Aluminium eingesetzt werden können. Erkenntnisse zum Langzeitverhalten von stromführenden Schraubenverbindungen mit herkömmlichen Aluminiumwerkstoffen zeigen, dass insbesondere die Relaxation und die Entfestigung zu ­einem starken Abbau der mechanischen ­Spannung in der Verbindung führen. Wird im Betrieb eine minimale mechanische Spannung in der
Kontaktfläche unterschritten, können der elektrische Kontakt und damit die Verbindung ausfallen. In einem Verbundprojekt wurden daher stranggepresste Profile aus Aluminium hergestellt, die speziell legiert und wärmebehandelt wurden, um eine hohe Zeitstandfestigkeit bei der geforderten Temperatur zu erreichen, wozu Langzeitversuche an Schraubenverbindungen durchgeführt wurden.

(S. Schlegel, T. Fuhrmann, S. Großmann, R. Kemsies, B. Milkereit, O. Kessler, M. C. Lentz, J. Aegerter; TU Dresden bzw. Universität Rostock bzw. Hydro Aluminium Rolled Products GmbH/Bonn)

Multifunktionale Metall-C-­Faser-Kunststoff-Laminate (MCFK)

Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) werden aktuell vor allem in der Luftfahrt, zunehmend aber auch in modernen Fahrzeugkonzepten eingesetzt. Neben den Vorteilen aufgrund des geringen Gewichts bei hoher Festigkeit bringt der Einsatz von CFK neue Herausforderungen im Vergleich zu den bisherigen monolithischen Metallbauweisen mit sich. So werden derzeit noch metallische Zusatzmassen benötigt, um eine ausreichende elektrische sowie strukturelle Sicherheit von CFK-Primärstrukturen, wie zum Beispiel dem Flugzeugrumpf, zu gewährleisten.

Um diesen Nachteilen zu begegnen, wird im Rahmen eines DFG-Forschungsvorhabens ein multifunktionales Werkstoffkonzept entwickelt und im Benchmark zu aktuellen Werkstoffsystemen bewertet. Zentraler Ansatz ist die zusätzliche Integration von Chrom-Nickel-Stahlfasern, die im Vergleich zu klassischen CFK-Laminaten der Luftfahrt die angesprochenen Eigenschaften verbessern. Die Metallfaserverstärkung erhöht gleichzeitig die Schadenstoleranz sowie die elektrische Leitfähigkeit und ermöglicht zusätzlich eine intrinsische Schadenssensorik der so genannten MCFK-Laminate. Die gezielt ausgewählten metastabilen Stahlfasern können verformungsinduziert in eine ferromagnetische Phase umgewandelt werden. Somit können mittels magnetinduktiver Messverfahren beginnende und fortschreitende Schädigungen in Folge quasistatischer, zyklischer oder kurzzeitdynamischer Beanspruchung detektiert und bewertet werden.

(F. Balle; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg)

Prozess-, Material- und Geometrieparameter hammergestrahlter Oberflächen

Das Hammerschleifen kann das aufwendige Handpolieren bei der Bearbeitung von Freiformflächen ersetzen, wird jedoch aufgrund des Zusammenspiels zahlreicher Parameter, einschließlich der Prozess- und Werkzeugparameter sowie der Geometrie und des Materials des Werkstücks, in der Praxis selten angewendet.

Um der Technologie ein breiteres Einsatzfeld zu verschaffen, wurde der Einfluss von Werkzeugradien, Werkzeugwinkeln, Druck, Weg und Aufprallabstand sowie die Definition des Weges (in Bezug auf die Richtung des vorherigen Oberflächenfräsens) auf die resultierende Oberflächenrauheit und Verfestigung von Gusseisen (niedrig- und hochlegierter Stahl) bei der Bearbeitung mit einem pneumatischen Werkzeugsetup sowie detalliert untersucht und eine komplementäre FE-Simulationen durchgeführt.

Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass ein Aufprall- und Wegabstand von 0,18 mm, ein Druck von 7,3 bar und ein Werkzeugradius von 8 mm die Oberflächenrauheit einer gesägten Oberfläche zu einer durchschnittlichen Rauheit von Ra = 0,8 µm beziehungsweise Ra = 0,5 μm für alle betrachteten Materialien führt. Die FE-Simulationen weisen darauf hin, dass bei einer kugelgefrästen Oberfläche die Oberflächenrauheit Ra bei einem Werkzeugwinkel von 45° und bei einem Hammerstrahlweg senkrecht zum vorherigen Kugelmahlen am stärksten abnimmt. Diese Ergebnisse tragen zur Entwicklung eines mathematischen Modells bei, das es ermöglicht, geeignete Parameterkombinationen vor der Hammerstrahlbehandlung für eine gegebene Werkstückoberfläche zu identifizieren.

(S. Pfeiffer, M. Fiedler, T. Bergelt, M. Kolouch, M. Putz, M. F.-X. Wagner; TU Chemnitz bzw. Fraunhofer IWU, Chemnitz)

wird fortgesetzt

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